Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)


Для цитирования:

Майсков Д. И., Сагайдачный А. А., Залетов И. С., Фомин А. В., Скрипаль А. В. Интегральное картирование активности потовых желез методом дифференциальной термографии // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Физика. 2021. Т. 21, вып. 3. С. 222-232. DOI: 10.18500/1817-3020-2021-21-3-222-232

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
31.08.2021
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 17)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
621.384.3:61

Интегральное картирование активности потовых желез методом дифференциальной термографии

Авторы: 
Майсков Дмитрий Игоревич, Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Сагайдачный Андрей Александрович, Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Залетов Иван Сергеевич, Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Фомин Андрей Владимирович, Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Скрипаль Анатолий Владимирович, Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Активность потовых желез связана с функциональным состоянием малых симпатических нервных волокон, подверженных деструктивным изменениям при ряде патологий, например таких, как диабетическая периферическая нейропатия и ревматоидный артрит. В данной работе решена задача визуализации потовых пор на поверхности кожи с помощью динамической дифференциальной термографии. На основе вейвлет-анализа колебаний температуры кожи фаланг пальцев установлено, что активность потовых желез формирует спектральные составляющие на частотах около 0.1 Гц и выше. В результате предложено рассматривать температурный сигнал как двухкомпонентный. При этом считается, что низкочастотная составляющая менее 0.1 Гц обусловлена преимущественно гемодинамикой, высокочастотная составляющая – преимущественно функционированием потовых желез и потоотделением. Для реализации дифференциальной термографии использована разность текущего кадра и кадра, запаздывающего относительно него на 10 с. В результате это позволило выделить на динамической термограмме пространственную высокочастотную информацию, соответствующую потовым порам. Проведение пробы с резким вдохом показало, что уровень сигнала дифференциальной термограммы характеризует изменяющийся во времени уровень активности потовых желез. Построение интегральной карты активности потовых желез посредством усреднения дифференциальных термограмм за весь период регистрации дает возможность оценить пространственное распределение времени активности потовых желез. Приведенный пример интегральной карты показал снижение пространственной плотности функционирующих потовых желез у пациента с сахарным диабетом 2-го типа по сравнению с нормальным испытуемым. Таким образом, дифференциальная термография и интегральные карты активности потовых желез могут найти применение в области медицины и физиологии для количественной диагностики и мониторинга терапии дисфункции симпатических нервных волокон, актуальной при ряде социально значимых заболеваний.

Благодарности: 
Исследование и применение двухкомпонентной модели динамики температуры кожи для детектирования потовых пор выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-32-90072; изучение осцилляций температуры кожи, вызванных деятельностью потовых желез, и возможности представления динамической термограммы в виде интегральной карты выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 21-75-00035).
Список источников: 
  1. Ачкасов Е. Е., Воловик М. Г., Долгов И. М., Колесов С. Н. Медицинское тепловидение. М. : ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М», 2019. 218 с.
  2. Воловик М. Г., Долгов И. М. Термотопография кистей рук здорового человека как основа для тепловизионной диагностики (нарративный обзор) // Медицинский алфавит. 2020. T. 4, № 32. С. 62–68. https://doi.org/10.33667/2078-5631-2020-32-62-6
  3. Воловик М. Г., Долгов И. М. Термосемиотика кистей рук. Сообщение 2. Термотопография кистей при патологии сосудов верхних конечностей при синдроме Рейно, торакальной симпатэктомии, ишемической болезни сердца и ряде других заболеваний // Медицинский алфавит. 2021. № 5. С. 62–70. https://doi.org/10.33667/2078-5631-2021-5-62-70
  4. Ivanitsky G. R. Modern matrix thermovision in biomedicine // Physics-Uspekhi. 2006. Vol. 49, № 12. P. 1263.
  5. Шушарин А. Г., Морозов В. В., Половинка М. П. Медицинское тепловидение – современные возможности метода // Современные проблемынауки и образования. 2011. № 4. C. 1–10.
  6. Кожевникова И. С., Панков М. Н., Грибанов А. В., Старцева Л. Ф. Ермошина Н. А. Применение инфракрасной термографии в современной медицине (обзор литературы) // Экология человека. 2017. № 2. С. 39–46.
  7. Морозов А. М., Мохов Е. М., Кадыков В. А., Панова А. В. Медицинская термография: возможности и перспективы // Казанский медицинский журнал. 2018. Т. 99, № 2. C. 264–270. https://doi.org/10.17816/KMJ2018-264
  8. Vainer B. G. FPA-based infrared thermography as applied to the study of cutaneous perspiration and stimulated vascular response in humans // Physics in Medicine & Biology. 2005. Vol. 50, № 23. P. 63.
  9. Вайнер Б. Г. Матричное тепловидение в физиологии. Новосибирск : Изд-во Сиб. отд-ния Рос. АН, 2004. 95 с.
  10. Знаменская И. А., Коротеева Е. Ю., Хахалин А. В., Шишаков В. В. Термографическая визуализация и дистанционный анализ динамических процессов в области лица // Научная визуализация. 2016. Т. 8, № 5. С. 122–131.
  11. Glatte P., Buchmann S. J., Hijazi M. M., Illigens B. M. W., Siepmann T. Architecture of the Cutaneous Autonomic Nervous System // Frontiers in Neurology. 2019. № 10. P. 970. https://doi.org/10.3389/fneur.2019.00970
  12. Znamenskaya I. A., Koroteyeva E. Y., Khakhalin A. V., Shishakov V. V., Isaichev S. A., Chernorizov A. M. Infrared Thermography and Image Analysis of Dynamic Processes around the Facial Area // Moscow University Physics Bulletin. 2017. Vol. 72, № 6. P. 595–600.
  13. Znamenskaya I., Koroteeva E., Isaychev A., Chernorizov A. Thermography-based remote detection of psychoemotional states // Proc. QIRT 2018. 14th Quantitative InfraRed Thermography Conference, 25–29 June 2018, Berlin, Germany. https://doi.org/10.21611/qirt.2018.p13
  14. Freedman L. W., Scerbo A. S., Dawson M. E., Raine A., McClure W. O., Venables P. H. The relationship of sweat gland count to electrodermal activity // Psychophysiology. 1994. Vol. 31, № 2. P. 196–200. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.1994.tb01040.x
  15. Juniper Jr K., Blanton D. E., Dykman R. A. Palmar skin resistance and sweat-gland counts in drug and non- drug states // Psychophysiology. 1967. Vol. 4, № 2. P. 231–243. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.1967.tb02762.x
  16. Sato K., Kang W. H., Saga K., Sato K. T. Biology of sweat glands and their disorders. II. Disorders of sweat gland function // Journal of the American Academy of Dermatology. 1989. Vol. 20, № 5. P. 713–726. https://doi.org/10.1016/S0190-9622(89)70081-5
  17. Krzywicki A. T., Berntson G. G., O’Kane B. L. A. Non-contact technique for measuring eccrine sweat gland activity using passive thermal imaging // International Journal of Psychophysiology. 2014. Vol. 94, № 1. P. 25–34. https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2014.06.011
  18. Shastri D., Merla A., Tsiamyrtzis P., Pavlidis I. Imaging facial signs of neurophysiological responses // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2009. Vol. 56, № 2. P. 477–484. https://doi.org/10.1109/TBME.2008.2003265
  19. Shastri D., Papadakis M., Tsiamyrtzis P., Bass B., Pavlidis I. Perinasal imaging of physiological stress and its affective potential // IEEE Transactions on Affective Computing. 2012. Vol. 3, № 3. P. 366–378. https://doi.org/10.1109/T-AFFC.2012.13
  20. Сагайдачный А. А., Майсков Д. И., Залетов И. С., Фомин А. В., Скрипаль Ан. В. Детектирование активности единичных потовых желез методом макро-термографии и ее взаимосвязь с температурой кожи и периферической гемодинамикой // Известия Саратовского унниверситета. Новая серия. Серия: Физика. 2020. Т. 20, вып. 2. С. 103–115. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2020-20-2-103-115
  21. Allen J., Frame J. R., Murray A. Microvascular blood flow and skin temperature changes in the fingers following a deep inspiratory gasp // Physiological Measurement. 2002. Vol. 23, № 2. P. 365.
  22. Mayrovitz H. N., Groseclose E. E. Neurovascular responses to sequential deep inspirations assessed via laser- Doppler perfusion changes in dorsal finger skin // Clinical Physiology and Functional Imaging. 2002. Vol. 22, № 1. P. 49–54. https://doi.org/10.1046/j.1475-097x.2002.00404.x
  23. Сагайдачный А. А., Фомин А. В., Волков И. Ю. Предельные возможности современных тепловизоров, как инструмента для исследования колебаний периферического кровотока человека в различных диапазонах частот // Медицинская физика. 2016. № 4. С. 84–93.
  24. Bentham M., Stansby G., Allen J. Innovative multi-site photoplethysmography analysis for quantifying pulse amplitude and timing variability characteristics in peripheral arterial disease // Diseases. 2018. Vol. 6, № 3. P. 81–95. https://doi.org/10.3390/diseases6030081
  25. Karavaev A. S., Borovik A. S., Borovkova E. I., Orlova E. A., Simonyan M. A., Ponomarenko V. I., Skazkina V. V., Gridnev V. I., Bezruchko B. P., Prokhorov M. D., Kiselev A. R. Low-frequency component of photoplethysmogram reflects the autonomic control of blood pressure // Biophysical Journal. 2021. Vol. 120, iss 13. P. 2657–2664 https://doi.org/10.1016/j.bpj.2021.05.020
  26. Nowakowski A., Kaczmarek M., Ruminski J., Hryciuk M., Renkielska A., Grudzinski J., Siebert J., Jagielak D., Rogowski J., Roszak K., Stojek W. Medical applications of model-based dynamic thermography // Thermosense XXIII. International Society for Optics and Photonics. 2001. Vol. 4360. P. 492–503. https://doi.org/10.1117/12.421030
  27. Estañol B., Corona M. V., Elías Y., Téllez-Zenteno J. F., Infante O., García-Ramos G. Sympathetic co-activation of skin blood vessels and sweat glands // Clinical Autonomic Research. 2004. Vol. 14, № 2. P. 107–112. https://doi.org/10.1007/s10286-004-0170-6
Поступила в редакцию: 
25.05.2021
Принята к публикации: 
10.07.2021
Опубликована: 
31.08.2021